استنلس استیل، کاربرد ها و انواع آن

<p>به دلیل فراوانی، استحکام و چند منظوره بودن آهن پرکاربردترین فلز توسط انسان است. هر چند در شکل خالص فولاد در برابر اکسیژن بسیار حساس است و با آن واکنش میدهد. همین مساله باعث زنگ زدگی سریع آهن می شود که یکی از نقاط ضعف آن به شمار می آید. برای حل این مشکل تاکنون راه حل های متفاوتی به کار گرفته شده است. یکی از آن ها ترکیب کردن آن با برخی عناصر دیگر است که مانع از زنگ زدگی آهن می شوند.</p> <p>استنلس استیل (Stainless Steel) یا فولاد ضد زنگ که در کشور ما به اختصار به آن استیل نیز گفته می شود در واقع آلیاژهایی از آهن هستند که با اضافه شدن برخی از عناصر مانند کروم، نیکل و ... در برابر خوردگی و ضدزدگی مقاوم شده اند.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="ورقه ی استنلس استیل.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1642056354466.jpg" alt="ورقه ی استنلس استیل" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱ - استنلس استیل&nbsp;</p> <p><strong>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li><a title="تاریخچه استنلس استیل" href="#history">تاریخچه استنلس استیل</a></li> <li><a title="خانواده ی فولادهای ضد زنگ" href="#grades">خانواده ی فولادهای ضد زنگ</a></li> <li> <p><a title="ویژگی های استنلس استیل ها&nbsp;" href="#charof">ویژگی های استنلس استیل ها&nbsp;</a></p> </li> <li> <p><a title="استانداردهای دسته بندی استنلس استیل ها" href="#stand">استانداردهای دسته بندی استنلس استیل ها</a></p> </li> <li> <p><a title="مقایسه مشخصات گریدهای مختلف استنلس استیل" href="#compare">مقایسه مشخصات گریدهای مختلف استنلس استیل</a></p> </li> </ul> <h2>تاریخچه استنلس استیل</h2> <p><span id="history"></span>گروهی از آلیاژها که امروزه به نام فولادهای ضد زنگ یا استنلس استیل شناخته می شوند در سال 1913 در شفیلد انگلستان معرفی شدند. مهندسی به نام هری بررلی (Harry Brearley) در حالی که تعدادی از آلیاژها را برای ساخت لوله تفنگ مورد بررسی قرار می داد، متوجه شد نمونه هایی از یکی از این آلیاژها زنگ نمی زند و در مقابل حکاکی نیز مقاوم است. هنگامی که او این آلیاژ را مورد بررسی بیشتر قرار داد متوجه شد که حاوی 13 درصد کروم است. همین مساله موجب شد تا استیل های ضد زنگ توسعه یابند. هم زمان با این کشف، در فرانسه نیز مطالعاتی روی استیل های ضد زنگ در حال انجام بود که منجر به ساخته شدن اولین فولادهای ضد زنگ آستنیتی شد.</p> <p>مصرف استنلس استیل از زمان پیداش تا کنون در حال افزایش بوده است. بر اساس تحقیقاتی که صورت گرفته است بین سال های 1950 تا 2001 هر ساله به طور متوسط 5.8 درصد مصرف استنلس استیل ها افزایش داشته است. هر چند میزان مصرف در کشورهای مختلف با یکدیگر برابر نیست. مصرف سرانه برخی کشورها مانند تایوان، سنگاپور، آلمان و ژاپن بیشتر از سایر کشورهاست. &nbsp;</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="ورق استیل چیست؟" href="https://www.modiranahan.com/article/103/%D9%88%D8%B1%D9%82-%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%D9%84-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA-%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D9%88-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D9%88%D8%B1%D9%82-%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%D9%84" target="_blank" rel="nofollow">ورق استیل چیست؟</a></p> </blockquote> <h2>خانواده ی فولادهای ضد زنگ</h2> <p>استنلس استیل ها آلیاژهایی بر پایه آهن هستند که حداقل حاوی 10.5 درصد کروم می باشند. وجود کروم باعث می شود تا یک فیلم اکسید خود ترمیم کننده (Self-healing) بر روی فلز تشکیل شود. همین فیلم دلیل ضد زنگ بودن و یا به اصطلاح استنلس (Stainless) بودن استیل می باشد. توانایی اکسید ایجاد شده در ترمیم خود به این معنی ست که صرف نظر از اینکه چه مقدار از سطح فولاد برداشته شود، &nbsp;فلز در برابر خوردگی مقاوم است. این مساله زمانی فولادهای کربنی و یا کم آلیاژ به وسیله پوشش های فلزی مانند روی یا کادمیوم یا به وسیله روش های ارگانیک مانند رنگ کردن محافظت می شوند مشاهده نمی شود. در واقع خاصیت خود ترمیمی وجه تمایز استیل های ضد زنگ با روش های پوشش دهی (Coating) جهت محافظت از فولاد است.</p> <p>هر چند که تمام استنلس استیل ها به درصد کروم موجود وابسته هستند اما اضافه کردن عناصر آلیاژِی دیگر نیز ویژگی های استیل را ارتقا می دهد. گروه بندی استیل های ضد زنگ در بین فلزات غیر معمول است چرا که بر اساس ساختار متالورژیکی آن ها این کار انجام می شود. منظور از ساختار متالورژیکی نحوه ی قرار گرفتن اتم هایی ست که دانه های فولاد را به وجود می آورند و می توانند هنگامی که یک بخش پولیش خورده از فولاد زیر میکروسکوپ قرار می گیرد مشاهده شود.</p> <p>بر اساس مقدار دقیق ترکیبات شیمیایی موجود در استیل، ساختار آن می تواند در یک فاز پایدار آستنیتی (Austenite)، فریتی(Ferrite)، دوپلکس (Duplex)، مارنتریتی (Martensite) و رسوب سختی (Precipitation Hardening) قرار بگیرد.</p> <p>ارتباط بین خانواده های مختلف استنلس استیل در شکل زیر نشان داده شده است.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="استیل چیست.JPG" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1642496973543.jpg" alt="ارتباط گریدهای مختلف استیل" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - ارتباط بین گریدهای مختلف استنلس استیل</p> <p>در حال حاضر بیشتر از 100 نوع استنلس استیل ساخته شده است که در اصطلاح به آن گرید گفته می شود. در ادامه در خصوص هر کدام از انواع گروه های استنلس استیل توضیحاتی ارائه خواهد شد.&nbsp;</p> <h3>آستنیتی:</h3> <p>استیل های آستنیتی پرکاربردترین گرید استیل است.&nbsp;این گروه حاوی حداقل 16 درصد کروم و 6 درصد نیکل است. ( گرید پایه 304 در برخی موارد به عنوان 8/18 &nbsp;هم شناخته می شود.) عناصر دیگری مانند مولیبدیوم، تیتانیوم یا مس نیز برای بهبود و تعدیل بسیاری از ویژگی های این گروه مانند تحمل دمای بالا و مقاومت به خوردگی می تواند به آن اضافه شود. این دسته از استیل ها برای کاربرد در دمای کم نیز مناسب است چرا که نیکل از مشکل تردی فولاد در دماهای پایین جلوگیری می کند.&nbsp;از این گروه استیل در ساخت وسایل خانه، صنعت، ساخت و ساز و دکوراسیون استفاده می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="کابرد استیل آستنیتی.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1642056556304.jpg" alt="کابرد استیل آستنیتی" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۳ - استیل آستنیتی</p> <h3>فریتی:</h3> <p>استیل های فریتی مقاومت مکانیکی کمتری دارند اما در برابر خوردگی و گرما مقاومت بیشتری دارند. همچنین در برابر ترک خوردن نیز مقاوم تر هستند. ماشین های شستشو یا بویلرها از این نوع استیل ساخته می شوند.</p> <p>مقدار کروم در این گروه بین 10.5 تا 18 درصد است. گریدهایی مانند 430 و 409 در این دسته قرار دارند. مقدار مقاومت به خوردگی و همچنین ویژگی های ساخت ضعیف در گریدهای با آلیاژ بیشتر مانند 434 و 444 اصلاح شده است.</p> <h3>مارتنزیتی:</h3> <p>در استیل های مارتنزیتی کروم به عنوان عنصر آلیاژی اصلی است. مقدار کربن نیز بالاتر است اما مقدار کروم در مقایسه با استیل های فریتی کاهش یافته است. برای مثلا در گریدهای 410 و 416 به میزان 12 درصد کروم وجود دارد. گرید 431 حاوی 16 درصد کروم است اما میکروساختار آن با وجود مقدار بیشتر کروم همچنان مارتنزیتی است چرا که حاوی 2 درصد نیکل است.</p> <p>این گروه از استیل ها سخت تر و محکم تر از سایر انواع هستند اما در برابر خوردگی مقاومت زیادی ندارند. از این گروه برای ساخت چاقو و پره های توربین استفاده می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="کاربرد استیل مارتنزیتی.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1642056764467.jpg" alt="کاربرد استیل مارتنزیتی" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۵ - کابرد استیل مارتنزیتی</p> <h3>دوپلکس:</h3> <p>استیل های دوپلکس مانند 2205 و 2507 ( این اسامی نشان میدهد که استیل حاوی 2 درصد کروم، 5 درصد نیلک و یا 25 درصد کروم و 7 درصد نیکل است. اما هر دوی آنها مقدار کمی عناصر الیاژی دیگر نیز در خود دارند) می باشند. میکروساختار استیل های دوپلکس بین آستنیتی و فریتی قرار دارد و ترکیبی از خصوصیات هر دو گروه را دارند.در مقابل خوردگی تنشی مقاوم هستند، البته به اندازه فولادهای فریتی مقاوم نیستند. سختی آن ها از فولادهای فریتی بالا اما کمتر از استیل های آستنیتی ست. مقاومت آنها از استیل های آستنیتی بیشتر است. به علاوه استیل های دوپلکس از نظر مقاومت به خوردگی بهتر یا برابر با استیل های 304 و 316 هستند اما مقاومت به خودرگی حفره ای بهتر از استیل 316 ست. سختی استیل های دوپلکس در دمای کمتر از 50- درجه و بیشتر از 300 درجه کاهش می یابد به همین دلیل باید در این بازه ی دمایی مورد استفاده قرار گیرد.</p> <p>&nbsp;این گروه از استیل ها در مواردی به کار برده می شوند که هم استحکام و هم انعطاف در کنار مقاومت به خوردگی مورد نیاز است. از استیل های دوپلکس در کشتی سازی استفاده می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="کاربرد استیل دوپلکس.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1642057173108.jpg" alt="کاربرد استیل دوپلکس" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۶ - کاربرد استیل دوپلکس</p> <h3>رسوب سختی:</h3> <p>این گروه از استنلس استیل ها در واقع زیر کلاسی از آلیاژها هستند. جایی که استیل های آستنیتی و مارتنزیتی با هم همپوشانی دارند. استیل های رسوب سختی (Precipitation Hardening) به دلیل اضافه کردن عناصری مانند آلومینیوم، مس و نیوبیوم استحکام مکانیکی بسیار بالایی دارند.</p> <p>این گروه استیل شامل نیکل و کروم است که می تواند در افزایش استحکام تنشی بسیار موثر باشد. متداول ترین گرید در این گروه 17-4 PH است که به عنوان گرید 630 نیز شناخته می شود. این گرید 17 درصد کروم، 4 درصد نیکل، 4 درصد مس و 0.3 درصد نیوبیم دارد. مزیت بالای این دسته از استیل ها این است که می توانند در شرایط محلول حرارتی ساخته شود. در این شرایط استیل قابلیت ماشینکاری دارد. استیل میتواند با دمای کم سرد شود که باعث می شود اعوجاجی در این شکل نگیرد.</p> <h2>ویژگی های استنلس استیل ها&nbsp;</h2> <p><span id="charof"></span>ویژگی های عمومی گروه های مختلف استیل های ضد زنگ در مقایسه با فولادهای کربنی نرم می تواند به صورت زیر بیان شود:</p> <ul> <li>نرخ کار سختی بالاتر</li> <li>چکش خواری بالاتر</li> <li>مقاومت و سختی بالاتر</li> <li>مقاومت حرارتی بالاتر</li> <li>مقاومت به خوردکی بالاتر</li> <li>سختی برودتی بیشتر</li> <li>پاسخ مغناطیسی کمتر ( فقط آستنیتی)</li> </ul> <p>این ویژگی ها به طور خاص در مورد استیل های آستنیتی صدق می کند.</p> <h2>استانداردهای دسته بندی استنلس استیل ها</h2> <p><span id="stand"></span>انواع مختلفی از استیل های ضد زنگ وجود دارد. انستیتوی آهن و فولاد آمریکا (AISI) در گذشته برای مشخص کردن گریدها از یک سیستم نامگذاری با عداد سه رقمی استفاده می کرده است. این قانون امروزه با سیستم های SAE و ASTM جایگزین شده است. در این سیستم ها یک حرف و 5 رقم UNS به گریدهای جدید اختصاص می دهد. نحوه دقیق این سیستم نامگذاری در کتاب SAE/ASTM handbook of Unified Numbering System آورده شده است.</p> <h2>مقایسه مشخصات گریدهای مختلف استنلس استیل</h2> <table class="table1200" style="margin-left: auto; margin-right: auto;" border="2"> <tbody> <tr> <td style="text-align: center; width: 82px;" width="77"> <p><strong>گروه استیل</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 87px;" width="83"> <p><strong>پاسخ مغناطیسی</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 66px;" width="61"> <p><strong>نرخ کار سختی</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 73px;" width="69"> <p><strong>مقاومت به خوردگی</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 62px;" width="59"> <p><strong>سختی پذیری</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 66px;" width="61"> <p><strong>چکش خواری</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 68px;" width="63"> <p><strong>مقاومت به دمای بالا</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 67px;" width="63"> <p><strong>مقاومت به دمای پایین</strong></p> </td> <td style="text-align: center; width: 62px;" width="58"> <p><strong>جوش پذیری</strong></p> </td> </tr> <tr> <td style="width: 82px;" width="77"> <p style="text-align: left;">آستنیتی</p> </td> <td style="width: 87px; text-align: center;" width="83"> <p>به طور عمومی نه</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>بسیار بالا</p> </td> <td style="width: 73px; text-align: center;" width="69"> <p>بالا</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="59"> <p>با کار سرد</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>بسیار بالا</p> </td> <td style="width: 68px; text-align: center;" width="63"> <p>بسیار بالا</p> </td> <td style="width: 67px; text-align: center;" width="63"> <p>بسیار بالا</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="58"> <p>بسیار بالا</p> </td> </tr> <tr> <td style="width: 82px; text-align: left;" width="77"> <p>دوپلکس</p> </td> <td style="width: 87px; text-align: center;" width="83"> <p>بله</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 73px; text-align: center;" width="69"> <p>بسیار بالا</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="59"> <p>نه</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 68px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 67px; text-align: center;" width="63"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="58"> <p>بالا</p> </td> </tr> <tr> <td style="width: 82px; text-align: left;" width="77"> <p>فریتی</p> </td> <td style="width: 87px; text-align: center;" width="83"> <p>بله</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 73px; text-align: center;" width="69"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="59"> <p>نه</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 68px; text-align: center;" width="63"> <p>بالا</p> </td> <td style="width: 67px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="58"> <p>پایین</p> </td> </tr> <tr> <td style="width: 82px; text-align: left;" width="77"> <p>مارتنزیتی</p> </td> <td style="width: 87px; text-align: center;" width="83"> <p>بله</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 73px; text-align: center;" width="69"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="59"> <p>کوئنچ و تمپر</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 68px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 67px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="58"> <p>پایین</p> </td> </tr> <tr> <td style="width: 82px; text-align: left;" width="77"> <p>رسوب سختی</p> </td> <td style="width: 87px; text-align: center;" width="83"> <p>بله</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 73px; text-align: center;" width="69"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="59"> <p>سخت کردن زمانی</p> </td> <td style="width: 66px; text-align: center;" width="61"> <p>متوسط</p> </td> <td style="width: 68px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 67px; text-align: center;" width="63"> <p>پایین</p> </td> <td style="width: 62px; text-align: center;" width="58"> <p>بالا</p> </td> </tr> </tbody> </table> <p><strong><span id="compare"></span>نکته:</strong> برخی از گریدهای استیل های آستنیتی درصورتیکه کار سرد روی آنها انجام شود می توانند به آهن ربا جذب شوند.</p> <blockquote> <p style="text-align: right;">بیشتر مطالعه کنید: <a title="آیا ایران استیل تولید میکند؟" href="https://www.modiranahan.com/article/286/%D8%A7%DB%8C%D8%A7-%D8%A7%DB%8C%D8%B1%D8%A7%D9%86-%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%D9%84-%D8%AA%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%AF-%D9%85%DB%8C%DA%A9%D9%86%D8%AF-%D9%82%DB%8C%D9%85%D8%AA-%D9%88%D8%B1%D9%82-%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%D9%84" target="_blank" rel="nofollow">آیا ایران استیل تولید میکند؟</a></p> </blockquote> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p>